JP2544797B2 - パッキン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はパッキンに関し、特に２つの相対回転可能な
機械部材間のギャップのためのパッキンであって；前記
２つの相対する表面の内、少なくとも一方が刻設された
ねじ溝を具備し；上記ねじ溝は、密封されるチャンバの
方向への送り作用を有し；上記ねじ溝の密封されるチャ
ンバと反対側に前置パッキンが前置されて成る、パッキ
ンに関する。

〔従来の技術〕 上記パッキンは西独特許出願公告第2453118号により
公知である。該パッキンの前置パッキンはねじから構成
され、ねじの外気に臨む側は、ねじ溝区域に連絡してい
る。軸の回転と共に生じる送り作用が、ねじ溝の送り作
用と同様に密封されるチャンバ側へ向けられる。その結
果外気に対して吸引作用が生じ、動的密封帯への異物粒
子の引き込みが生じる。これが大きな摩耗の原因となる
恐れがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、本発明の目的とするところは、有害な吸引作
用が周囲の外気に働かず、こうして寿命の延長が得られ
るように、上記のパッキンを改良することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、本発明によれば、２つの向合う表面の少
なくとも一方が少なくとも１個の凹設されたねじ溝を具
備し、該ねじ溝が被密封チャンバ側への送り作用を有
し、環状磁石と連結された磁極片又は環状磁石よりなる
前置パッキンが、ねじ溝の被密封チャンバと反対側に前
置され、前記磁極片又は前記環状磁石が、その対向面と
の間に半径方向間隔を置いて該対向面を取囲み、前記半
径方向間隔により形成されるギャップが強磁性流体で満
たされており、前記ギャップが、ねじ溝同士を分けるね
じ山と、その対向面との間の半径方向間隔と一致する半
径方向間隔を有し、ねじ溝と前記前置パッキンが軸方向
相互間隔を有してなる、２個の相対回転可能な機械部材
間のギャップのためのパッキンであって、 前記軸方向間隔が円筒状部分で連絡され、該円筒状部
分は、その対向面との間に半径方向間隔を有し、該半径
方向間隔は、ねじ山とその対向面との間の前記半径方向
間隔と同じ大きさであることを特徴とするパッキンによ
り解決される。

このように本発明に基づくパッキンにおいては、前置
パッキンが環状磁石を具備し、該環状磁石が狭い間隔を
残して対向面に近接しており、この間隔によって形成さ
れるギャップに強磁性流体が配設され、ギャップが、ね
じ溝を互いに隔てるねじ山と対向面との半径方向間隔と
一致する半径方向間隔を有する。その結果次の機能が生
じる。

軸が停止している時には、密封される媒質（通常は潤
滑油である）がねじ溝に入り込み、強磁性流体と直接接
触することが可能である。しかし２つの物質は互いに不
溶であるから、相互に混合することはない。すなわち磁
界に保持された強磁性流体は停止時に静的密封機能を担
うのである。

軸が回転する時には、回転数の増加と平行してねじ溝
の、密封されるチャンバ方向に向いた送り作用が次第に
大きく現れる。送り作用の結果、遂にはねじ溝の密封さ
れる媒質がほとんど空になる。

環状磁石と相対移動可能な表面との間に配設された強
磁性流体の区域にはねじ溝がなく、この区域では、相対
する２つの表面が円筒面から成る。従って軸が回転して
も強磁性流体と密封される媒質の相互の混合や強磁性流
体の著しい相対変位は生じない。

回転数が極めて高いときは、ねじ溝の送り作用が原因
で、強磁性流体の区域に密封されるチャンバの方向への
若干の吸引作用が生じることがある。かなり高い負圧に
達するまで、強磁性流体はさほど変位せず上記の吸引作
用に耐えることができるが、やがて相対回転可能な相対
する表面から強磁性流体がパルス状に短時間浮き上が
り、圧力の釣り合いをもたらす。続いて直ちに強磁性流
体は対向面との間に切れ目のない接触が再び回復され
る。密封されるチャンバはこうして再び密封され、異物
はもはや密封されるチャンバに侵入することができな
い。

強磁性流体の上述の時間的に短い開放運動の間も、異
物は密封されるチャンバの区域に全く侵入しないに等し
いことが判明した。それというのは、強磁性流体の開放
運動の期間が極めて短いだけでなく、一般にこの運動は
とにかく環状に形成された強磁性流体のごく小さなセグ
メント部分でしか認められず、環状磁石に対向する表面
からの強磁性流体の浮き上がりに限られるからである。
それ故、このパッキンはこれまでになく確実であると言
える。同様にして密封される媒質又はその蒸気の環境へ
の流出も防止する。このため電子設備の領域や医療技術
の領域で問題なく使用することができる。

本発明に基づくパッキンの重要な利点は、相接して摺
動する面が無いため摩耗及び摩擦損失が皆無であり、等
しく良好な密封効果を長期的に保証することである。従
って残存する密封能力の点検も省略することができる。

万一の場合に強磁性流体と密封される媒体の相互の混
合を避けるために、ねじ溝と環状磁石は軸方向間隔を有
する。その場合この軸方向間隔が円筒状部分により橋絡
され、円筒状部分と、環状磁石と、ねじ溝同士をわける
ねじ山とが、相対回転面から同一の間隔を有することが
特に好適であることが判明した。

円筒状部分の上述の寸法と構造により、その区域の乱
流の発生、またそれと共に強磁性流体に対する乱流の作
用が回避される。強磁性流体の望ましくない体積損失を
避ける点で大いに有利である。この乱流の発生、作用に
ついて、以下のように説明することができる。

仮に、円筒状部分（10）の対軸表面に対する間隔が、
ねじ山の対軸表面に対する間隔よりも大きいとすると、
ねじ溝と強磁性流体パッキンの間に半径方向に凹んだ空
隙が形成される。軸が停止しているときには、被密封媒
質はねじ溝（３）に入り込み、上記空隙内まで侵入する
ことが可能である。軸の始動と停止のつど、この空隙内
に侵入した被密封媒質に乱流過程が生じ、それが被密封
媒質の構成成分と強磁性流体の構成成分との混合を招
き、結局強磁性流体の構成成分の損失をもたらすことに
なるのである。円筒状部分の区域のギャップの半径方向
幅は一般に0.02ないし0.2mmである。

普通の形状寸法のパッキンで円筒形部分の区域のギャ
ップの長さは0.5ないし5.7mmである。ギャップ長さは一
般に次式で得られる。

ここにＤは円筒状部分の区域のケーシングの直径、ｄ
は軸の直径を示す。

ねじ溝から成る送りねじは、軸の回転時に生じる負圧
が強磁性流体の圧力保持能力を5000PaN/m²（0.05bar）
以上超えないように設計しなければならない。それ故強
磁性流体の開放運動の時にその区域に生じる空気流は極
めて低速である。このため強磁性流体の細滴が強磁性流
体から成る液体の輪から空気流によりもぎ取られて、密
封されるチャンバへ運ばれ、失われることが無くなる。
このような訳で前述の特徴を守ることは、本発明パッキ
ンの寿命にとってすこぶる重要である。

次に添付の図面に基づいて本発明の実施例について説
明する。各図面は個々の実施例の略断面図を示してい
る。

〔実施例〕

第１図に示すパッキンは、ケーシングの壁体１と半径
方向間隔を置いてこれを貫通する軸２との間のギャップ
を密封するために使用されるものである。パッキンは概
ね挿入片７から成る。挿入片７は内側に円筒状ボアを備
え、ボア内にはねじ山が螺刻されている。

挿入片７は、Ｏリング８によりケーシングの壁体１お
よび磁極片９に対し密封される。磁極片９の内側には、
円筒状ボアが貫通される。この円筒状ボアの内径は、上
記挿入片７のボアの内径に等しい。磁極片９は環状であ
り、磁化可能な材料から構成される。また磁極片９は環
状磁石５の一方の端面に接している。

磁極片９と鋼製の密封される軸２の表面との間の環状
ギャップに強磁性流体が配設される。強磁性流体は、環
状ギャップの磁界により位置決めされ、固定される。ね
じ溝３の終端は、磁極片９から軸方向間隔を置いてい
る。

次に本発明に基づくパッキンの作用について述べる。

軸が停止している場合には、密封される媒質（この場
合はたいてい油である）が密封されるチャンバからねじ
溝３に入り込み、ギャップ６の中にある強磁性流体と直
接接触可能な区域まで到達する。

軸が回転すると、密封されるチャンバ４方向に作用す
る引き込み流が、密封される軸の表面に沿って生じる。
この流れにより、ねじ溝３から密封される媒質が次第に
放出される。しかし、この引き込み流がギャップ６の強
磁性流体に影響を与えることはない。なぜならギャップ
区域にねじ溝がなく、また磁極片９の内径と挿入片７の
内径が一致するからである。

軸の回転数が極めて大きいときは、挿入片７と密封さ
れる軸の表面との間の環状ギャップに若干の負圧が形成
される。この負圧が臨界値を超えた場合には、ギャップ
６にある強磁性流体が短時間の間、開放し、その結果、
当初の負圧が解消する。その後直ちに強磁性流体は再び
元の円環状の形を取る。この円環状は、磁極片及び軸の
相対する表面と切れ目なく接触していることを特徴とす
る。それによって異物の侵入が排除される。

次に第１図に示す実施例と概ね同一の機能を有する、
別の実施例を第２図及び第３図に示す。これらの実施例
は、カセット形パッキンに関するものである。この場
合、相対回転可能で相互に密封される機械部材は、カセ
ット形パッキンに一体化された部品、即ち内輪11と外輪
12から成る。内輪と外輪は紛失しないように、相互に固
定されている。

いずれの場合にも、挿入片７は内輪11の上に相対回転
不能かつ液密に固定される。挿入片の外側は円筒面及び
円筒面に刻設されたねじ溝３によって画定される。ねじ
溝３は軸２と回転と共に、密封されるチャンバ４の方向
への送り方向を有する。密封されるチャンバ４の反対側
において、挿入片７に強磁性流体パッキンがそれぞれ接
続される。強磁性流体パッキンは環状磁石５及びその両
側の端面に押付けられた磁極片９を具備する。磁極片９
は挿入片と同じ外径を有し、外輪12に同様に近接する。
外輪12は第２図の実施態様の場合は鋼板、第３図の実施
態様の場合はプラスチックから成る。第３図に示す実施
例の場合には、磁極片９と環状磁石５の軸方向重なり区
域に、鋼板製の環状挿入物13が設けられる。これによっ
て磁極片９と外輪12の半径方向対向部分との間のギャッ
プが、吸容された強磁性流体の空間的位置を安定化する
のに適した安定な磁界によって橋絡される。内輪11はい
ずれの場合も弾性ゴム材料の層によって、密封される軸
２の表面に回転不能に固定される。内輪は同時に同じ層
によって表面に対して封止される。

第１図に示した種類と同様の２個の構造が鏡像状の相
互関係にある実施態様を第４図に示す。この実施態様
は、２つのチャンバを相互に密閉しなければならない用
途に特に適している。従って左側部分に示す挿入片７の
送り方向は左へ、図の右手に示す挿入片7.1の送り方向
は右へ向けられていなければならない。それに応じてね
じ溝３が形成される。これらの挿入片は、同じ内径の円
筒状部分によって磁極片９の内側円筒面から隔てられ
る。

第５図は、玉軸受の密封に使用される、第４図と同様
の実施態様を示す。その場合、密封されるチャンバ４は
個々の球の間の間隙から成る。間隔には、球の特に軽快
な運動を保証するグリースが充填されている。そこで両
挿入片７のねじ溝３の送り方向は、第４図の実施態様と
逆に内向きでなければならない。それに対応して環状磁
石５の磁極片９が全配列の外側に設けられている。

〔発明の効果〕

本発明は以上のような構成を有しているため、以下に
述べるような顕著な効果を有する。

すなわち、本発明に基づくパッキンにおいては、相接
して摺動する面が無いため摩耗及び摩擦損失が皆無であ
り、良好な密封効果を長期にわたって維持可能である。

また本発明に基づくパッキンにおいては、軸が回転す
る場合にも、外気に対する吸引作用が働かず、異物粒子
の引き込みを防止することが可能であるため、パッキン
の耐用年数を延ばすことが可能である。

更に、本発明に基づくパッキンにおいては、強磁性流
体の区域において乱流の発生が阻止され、またそれと共
に強磁性流体に対する乱流の作用が回避され、そのため
強磁性流体の望ましくない体積損失を避けることがで
き、その結果、強磁性流体パッキンの軸封効果が長期間
にわたって維持できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、環状磁石とねじ溝が、円筒形に形成された軸
の外側を取り囲んでいる、本発明に基づく軸パッキンを
示す略断面図であり； 第２図は、回転軸と付属のケーシングの間の環状ギャッ
プに使用するためのカセット形パッキンの略断面図であ
り、相対回転面がカセット形パッキンの部分と一体化さ
れている； 第３図は、第２図と同様のカセット形パッキンの略断面
図であるが、カセット形パッキンの主要部分は合成樹脂
から形成されている； 第４図は、第１図と同様の２つのパッキンを、鏡像対称
的に配置した場合の略断面図であり； さらに 第５図は、第１図の同様の２つパッキンを、鏡像対称的
に配置し、かつ玉軸受の両側の密封に関して使用した場
合の略断面図である。 １……壁体、２……軸、３……ねじ溝、４……チャン
バ、５……環状磁石 ６……ギャップ、７……挿入片 ８……Ｏリング、９……磁極片 11……内輪、12……外輪 13……環状挿入片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロルフ・フォークト ドイツ連邦共和国6836オフターシャイ ム，プランクシュタッタール・シュトラ ーセ・15 (72)発明者 ペーター・フライレンダー ドイツ連邦共和国6800マンハイム31，シ ュラーヴェーク・20 (72)発明者 トニ・ゼータラー ドイツ連邦共和国6946ゴルキシハイマー タル，アム・ヴェツェルスベルク・57 (56)参考文献 特開 昭57−167566（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−74967（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２つの向合う表面の少なくとも一方が少な
   くとも１個の凹設されたねじ溝（３）を具備し、該ねじ
   溝（３）が被密封チャンバ側への送り作用を有し、環状
   磁石（５）と連結された磁極片（９）又は環状磁石より
   なる前置パッキンが、ねじ溝（３）の被密封チャンバと
   反対側に前置され、前記磁極片（９）又は前記環状磁石
   が、その対向面との間に半径方向間隔を置いて該対向面
   を取囲み、前記半径方向間隔により形成されるギャップ
   （６）が強磁性流体で満たされており、前記ギャップ
   （６）が、ねじ溝（３）同士を分けるねじ山と、その対
   向面との間の半径方向間隔（ｄ）と一致する半径方向間
   隔を有し、ねじ溝（３）と前記前置パッキンが軸方向相
   互間隔を有してなる、２個の相対回転可能な機械部材
   （1,2）間のギャップのためのパッキンであって、 前記軸方向間隔が円筒状部分（10）で連絡され、該円筒
   状部分（10）は、その対向面との間に半径方向間隔を有
   し、該半径方向間隔は、ねじ山とその対向面との間の前
   記半径方向間隔（ｄ）と同じ大きさであることを特徴と
   するパッキン。